浅谈铝焊料、焊丝的制造工艺与焊接方法

浅谈铝焊料、焊丝的制造工艺与焊接方法

杨德斌

（辽宁省葫芦岛市人民防空办公室，辽宁葫芦岛125000）

摘要：铝及其合金在工业生产中取得的成就，很大程度上依赖于焊接技术的发展。重点阐述了铝焊料、药芯铝焊丝的制造工艺及铝焊料的焊接方法。

关键词：铝焊料；药芯铝焊丝；制造工艺；焊接方法

铝及其合金在工业生产和社会生活中的应用日益广泛，在各个行业中，以铝代铜、以铝代钢都取得了可喜的成就。这些成就的取得很大程度上依赖于焊接技术的发展。

1铝焊料的制造工艺

目前工业生产中常用的铝焊料制造工艺主要有两种：其一是铸锭——挤压——拉拔工艺，主要用于钎焊材料和部分氩弧焊丝生产；其二是熔铸——连铸——拉拔，主要用于氩弧焊丝生产。

1．1铸锭——挤压——拉拔工艺。在铝焊料的铸锭——挤压——拉拔工艺中。核心技术是挤压，挤压温度、挤压速度、挤压变形指数是关键参数；铸锭预热、模具预热、模具设计也是重要环节。在铸锭的获取方式上，金属模铸锭和半连续铸锭是主流。

挤压技术的许多优越性中，以下两方面对铝焊料的生产是最有利的：

在挤压过程中，被挤金属在变形区中能获得比轧制、锻造更为强烈和均匀的三向压缩应力状态，这就可以充分发挥被加工金属本身的塑性。因此，用挤压法可加工那些用轧制法和锻造法加工有困难、甚至无法加工的低塑性、难变形金属。例如铝硅共晶和铝硅铜钎料经热挤压后可以进行拉拔。

挤压加工的灵活性很大，只需要更换模具等挤压工具，即可在一台设备上生产形状和品种不同的制品，更换挤压工具的操作简便易行。这一特点对批量小、品种规格多的的钎焊材料尤其适宜。

1．2熔铸——连铸——拉拔工艺。一套性能完备、可靠的连铸设备，是进行铝钎料熔态抽拉成丝的关键。熔铸——连铸的设备必须满足生产过程中工艺参数调整要求，同时，还应适宜铝焊料的小批量生产的特点。具体的技术要求是：保温包液面高度的检测和控制由自适应系统实现调节；熔炼炉容积与生产批量相适应；为了精确控制熔体温度，保温炉选用红外陶瓷加热元件加热，用热电偶测温，用可控硅调压方式实现热平衡；炉体适应于多个结晶器同时工作；一次和二次冷却的冷却强度均可调；抽拉装置选用直流电机配摆线针轮减速机做动力，电机的调速选用PWM控制电路，用链传动实现多头抽拉。铝锰焊丝的抽拉头数可以达到32头。抽拉丝坏的直径越细越有利于拉拔，但是，过细的丝径带来抽拉速度的降低，一半选用4～6mm为宜。

2药芯铝焊丝制造工艺

使用药芯铝焊丝焊接铝合金可以节约能源、提高生产效率，尤其在提高焊缝质量方面成效显著。基于药芯铝焊丝的TIG正极性焊接工艺，与传统的交流TIG焊相比有很多优点，比如焊缝外观平整、光滑、熔深深、夹渣少、几乎无气孔等特点。

2．1药芯铝焊丝的制造技术。药芯铝焊丝的制造技术可以借鉴钢药芯焊丝的制造方法，钢药芯焊丝的制造过程包含轧制、拔丝、后处理和层绕等几个工序。无缝药芯焊丝的原材料为成盘的钢管，钢管可以是无缝钢管，也可以是焊接钢管。

管状焊条法制造药芯焊丝是先把药芯粉末混匀烧结成烧结焊剂形态，然后填入钢管（16~25mm）中通过振动使药芯填实，再经轧、粗拔、退火、细拔、镀铜、层绕等工序制出成品。研究过程中曾经试验过这种方法，将还原剂与合金粉装入铝管中，轧制-拉拔-扩散退火，最终形成管状焊条。其主要问题是生产效率低，药粉填充系数不稳定。

铸造法是将还原粉加入铝合金铸锭中，充分压实后形成药芯锭。第一步把钎料制成多孔性的铸造毛坯，然后把蜂窝状坯料浸入活性焊剂溶液中，使溶液浸入坯料中的空隙。铸锭冷却后再进行挤压。这种方法的工艺关键在于活性焊剂的预处理和添加工艺。

机械合金化法是根据粉末冶金的原理将粉状原料进行混和、压制、挤压。其工艺过程是将还原粉、铝粉，其他添加金属粉充分混合，在一定温度下对混合金属粉加压，使其形成有一定强度的粉锭，在可控气氛中保温、加压使粉锭形成“钎焊锭”，最终挤压成材并用滚模拉丝的方法减径。

2．2药芯焊丝的锭坯连铸和等温挤压。层流挤压法是将内含活性焊剂的铝焊料铸锭以层流流动的形式挤压变形，不含其他组元的铝焊料以连铸形式铸成多孔铸锭，铸锭的外径和内孔尺寸恒定，将活性焊剂填充到内孔中并压实。

经过压实的含有活性焊剂的焊料锭有以下几个特点：在不同横截面上，焊剂与焊料比例恒定；活性焊剂内可以添加增强颗粒（如SiC）以形成复合材料；焊剂被焊料充分包敷。

层流挤压工艺的技术关键是焊剂与焊料的顺序流动，形成顺序流动的条件是两种材料流变特性的一致性，材料的流变特性与温度和压应力相关，调整挤压温度和挤压力可以使两种不同材料的流变特性相近，设计合理的挤压模形状可以使两种材料始终以层流形式稳定变形。

研究过程中采用的是等温挤压技术，在特定挤压温度和挤压速度条件下可以获得横截面稳定、填充系数均匀的药芯焊丝。

3铝焊料的焊接方法

几乎各种焊接方法都可以用于焊接铝及铝合金，但是铝及铝合金对各种焊接方法的适应性不同，各种焊接方法有其各自的应用场合。气焊和焊条电弧焊方法，设备简单、操作方便。气焊可用于对焊接质量要求不高的铝薄板及铸件的补焊。焊条电弧焊可用于铝合金铸件的补焊。惰性气体保护焊（TIG或MIG）方法是应用最广泛的铝及铝合金焊接方法。铝及铝合金薄板可采用钨极交流氩弧焊或钨极脉冲氩弧焊。铝及铝合金厚板可采用钨极氦弧焊、氩氦混合钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊。

3．1焊前清理：铝及铝合金焊接时，焊前应严格清除工件焊口及焊丝表面的氧化膜和油污。

（1）化学清洗化学清洗效率高，质量稳定，适用于清理焊丝及尺寸不大、成批生产的工件。可用浸洗法和擦洗法两种。可用丙酮、汽油、煤油等有机溶剂表面去油，用40～70℃的5%～10%NaOH溶液碱洗3～7min（纯铝时间稍长但不超过20min），流动清水冲洗，接着用室温至60℃的30%HNO3溶液酸洗1～3min，流动清水冲洗，风干或低温干燥。（2）机械清理:在工件尺寸较大、生产周期较长、多层焊或化学清洗后又沾污时，常采用机械清理。先用丙酮、汽油等有机溶剂擦试表面以除油，随后直接用直径为0.15～0.2mm的铜丝刷或不锈钢丝刷子刷，刷到露出金属光泽为止。一般不宜用砂轮或普通砂纸打磨，以免砂粒留在金属表面，焊接时进入熔池产生夹渣等缺陷。另外也可用刮刀、锉刀等清理待焊表面。

清理后如存放时间过长（如超过24h）应当重新处理。

3.2垫板：铝合金在高温时强度很低，液态铝的流动性能好，在焊接时焊缝金属容易产生下塌现象。为了保证焊透而又不致塌陷，焊接时常采用垫板来托住熔池及附近金属。垫板可采用石墨板、不锈钢板、碳素钢板、铜板或铜棒等。垫板表面开一个圆弧形槽，以保证焊缝反面成型。也可以不加垫板单面焊双面成型，但要求焊接操作熟练或采取对电弧施焊能量严格自动反馈控制等先进工艺措施。

3.3焊前预热：薄、小铝件一般不用预热，厚度10～15mm时可进行焊前预热，根据不同类型的铝合金预热温度可为100℃～200℃，可用氧一乙炔焰、电炉或喷灯等加热。预热可使焊件减小变形、减少气孔等缺陷。

3.4焊后清理：（1）焊后留在焊缝及附近的残存焊剂和焊渣等会破坏铝表面的钝化膜，有时还会腐蚀铝件，应清理干净。形状简单、要求一般的工件可以用热水冲刷或蒸气吹刷等简方法清理。要求高而形状复杂的铝件，在热水中用硬毛刷刷洗后，再在60～80℃左右、浓度为2%～3%的铬酐水溶液或重铬酸钾溶液中浸洗5～10min，并用硬毛刷洗刷，然后在热水中冲刷洗涤，用烘箱烘干，或用热空气吹干，也可自然干燥。（2）焊后热处理铝容器一般焊后不要求热处理。

参考文献

[1]龙伟民，袁红高，杨继东等.药芯铝焊丝的制造技术[Z].

[2]张强.铝焊料制造技术的比较研究[Z].